作为一种全新的多功能纳米材料,荧光碳点(CD)因其优异的发光性能、粒子表面效应、优异的稳定性、较低的毒性、不易光漂白以及优良的生物相容性等特点,受到了广泛的关注,并在光催化、光电转换、生物成像以及光学防伪等领域展现出了良好的应用前景。尽管碳点拥有以上优点,但是目前仍然面临着量子产率低、显色指数差、长波长发射性能差、固体状态下碳点荧光较弱甚至几乎不发光等缺点。基于以上问题,本文采用不同的前驱体,使用水热/溶剂热的制备方法,通过掺杂不同原子、调控碳点的内部结构及表面官能团等多种手段调节碳点的发光性能,并深入研究了碳点的发光机理及其作用机制,并且开展了一些碳点在发光二极管(LED)方面的应用研究。我们提出了一种简便可行的一步水热法制备多色荧光碳点的方法。通过一步水热法,以邻苯二胺和三氨基甲烷为前驱体,通过加入浓硫酸作为催化/钝化剂,并运用溶剂极性不同的原理,制备分离出了红、绿、蓝三色荧光发射的碳点。通过利用高分辨透射电子显微镜、XRD以及XPS,研究了碳点的分子结构。我们发现碳点的发光是受到碳点粒径尺寸影响的,碳点粒径越大,碳化程度越大,其sp~2共轭域的尺寸也增大,根据共轭尺寸原理,使得碳点的发光红移,这为设计制备可调控发光颜色的碳点提供了一种方法和思路,对碳点发光机理的研究和发展具有重要意义。以三色发光碳点为原料,通过加入聚乙烯醇(PVA:Polyvinyl Alcohol)成膜后,与紫外发光半导体芯片封装,调整不同的膜中碳点的加入量,得到了相对色温(CCT:Correlated Color Temperature)从冷白光(8203K)到暖白光(3750K)、CIE(Commission Internationale de l’Eclairage)色坐标从(0.296,0.307)到(0.391,0.388)的四种发光二极管(LED)器件,其中色温和色坐标分别为4650K、(0.362,0.370)的白色发光二极管,显色指数(CRI:Color Rendering Index)达到了96.5。为了解决固体碳点由于聚集淬灭导致的荧光较弱甚至几乎不发光的问题,采用一种特殊的水热法(即反应时不将对位聚苯内衬放入不锈钢反应釜中,而是只加热不盖盖的对位聚苯内衬)设计了一种克量级固态碳点的制备方法:选用柠檬酸、乙二胺和磷酸作为合成多色固态荧光碳点的前驱体。保持前驱体用量不变,仅改变反应温度和反应时间,成功制备了蓝、绿、红三种固态发光碳点,同时三种碳点的水溶液均呈现蓝色荧光。三种碳点的固态量子产率分别为14%、11%和9%。我们认为N和P元素的引入是生成多色发光固态碳点的主要原因,固体荧光就是源于某些特定的荧光基团含有N和P元素以及导带和价带之间的n→π*电子跃迁。另外,固态荧光碳点的TEM、XRD、红外和拉曼光谱表征都表明碳点的发射峰主要受粒径大小和石墨化以及sp~2共轭程度控制。研究了基于调控共轭结构尺寸调节碳点的荧光发射。选用柠檬酸和尿素作为前驱体,保持柠檬酸和尿素的含量不变,采用相同的加热时间,通过调控反应温度,得到了从蓝光到红光,覆盖整个可见光区域的多色发光碳点。选取蓝、绿、红三色荧光碳点作为典型进行进一步的分析。研究发现三种碳点的发射峰分别位于462、543和631 nm,量子产率分别为41%、31%和19%。通过对蓝、绿、红三个典型荧光碳点进行透射电镜、拉曼等结构表征,结果显示碳点具有sp~2杂化的高度共轭核心,碳点的发射峰位置受到碳点的石墨化程度以及sp~2共轭程度的影响,说明了所制备得到的碳点具有高结晶度。因为该碳点具有良好的亲水性,因此选用聚乙烯醇(PVA)作为分散剂,将碳点与聚乙烯醇进行复合形成复合薄膜。碳点/聚乙烯醇复合薄膜的色坐标分别位于蓝光、绿光和红光区域,与水溶液中碳点的荧光发射保持一致,说明PVA很好地分散了碳点,在PVA中碳点的基本荧光性能得到了很好的保留。覆盖可见光范围的多色荧光碳点与碳点/聚乙烯醇复合薄膜的合成将促进碳点在多色/白色发光二极管、生物成像以及显示照明等领域的广泛应用。